[发明专利]耐磨损和抗氧化的TiAlSiN纳米复合超硬涂层制备方法

摘要

本发明公开了一种耐磨损和抗氧化的纳米复合TiAlSiN超硬涂层的制备方法，将基体预处理后放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备中，以柱弧Ti靶作为Ti源，通过柱弧电源电流控制柱弧Ti靶的溅射率；以平面Si靶、Al靶作为相应元素的来源，平面Si靶和Al靶以对靶的方式安置在炉体内壁上，通过调整中频脉冲电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、Si、Al元素结合，在基体表面沉积形成TiAlSiN涂层，所制备的TiAlSiN涂层厚度为3.5微米，涂层显微硬度40GPa，摩擦系数约为0.7，TiAlSiN涂层抗氧化温度可以达到1000℃，具有优良的抗氧化性能和耐磨损性能。

主权项

一种耐磨损和抗氧化的纳米复合TiAlSiN超硬涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1）将基体预处理后放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备中的转架杆上，该转架杆随转架台转动，或者自转，以保证镀膜过程的均匀性；2）以柱弧Ti靶作为Ti源，通过柱弧电源电流控制柱弧Ti靶的溅射率；以平面Si靶、Al靶作为相应元素的来源，平面Si靶和Al靶以对靶的方式安置在炉体内壁上，通过调整中频脉冲电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、Si、Al元素结合，在基体表面沉积形成TiAlSiN涂层；3）制备工艺条件：A）工件等离子体清洗：工件装入真空炉后，通入10ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到6Pa时，开偏压至‑1000V对真空室工件表面进行轰击清洗，持续20min；然后开柱弧Ti靶，柱弧电流60A，利用电弧进一步对工件表面轰击清洗，持续5min；B）过渡层制备：工件清洗完成后，调节Ar流量到20ml/min，将真空室气压调至0.3Pa，开启柱弧Ti靶，柱弧电流为60A，调整偏压到‑500V，然后通入流量为10ml/min的N2，在工件表面镀制一层1微米厚的TiN过渡层，持续20min；C）TiAlSiN涂层制备：将偏压调整为‑100V，按Ar和N2流量比1:2向真空室通入Ar和N2混合气体，调整真空室气压为0.3Pa，柱弧Ti靶电流保持60A，打开Si靶、Al靶的控制电源，逐渐将Si靶、Al靶的电源功率分别调至3kW、5kW，在TiN过渡层上进行TiAlSiN涂层制备，镀膜过程中真空室温度为200℃，镀膜时间 140min，即可在基体表面上获得TiAlSiN纳米复合超硬涂层。